Systèmes de surgélation mécanique

Système de surgélation mécanique

Tout système qui utilise l'énergie électrique pour produire de l'air refroidi en se fondant sur un système de refroidissement réfrigéré. L'air réfrigéré passe continuellement sur le produit alimentaire, ce qui a pour effet d'en retirer la chaleur. Les systèmes de surgélation mécanique se caractérisent par un grand investissement financier, des frais élevés d'entretien préventif en continu et une occupation importante et permanente de l'espace dans l'usine. En revanche, la réfrigération qui en résulte est produite à un faible pourcentage du coût des consommables de la réfrigération cryogénique. Les systèmes de refroidissement réfrigéré sont employés très couramment et sont présents dans presque toutes les usines de transformation alimentaire. Dans certains cas, les systèmes de réfrigération mécanique ont tendance à déshydrater le produit. Cela ne pose aucun problème pour certains produits. Pour d'autres, par contre, cette question est une préoccupation majeure pour la qualité ou le rendement.

Réfrigération mécanique

La réfrigération est le retrait de la chaleur d'une chambre (charge calorifique) pour obtenir des températures inférieures à celles ambiantes. Après ce retrait, la chaleur est transférée dans un condensateur et dissipée dans l'air ou dans l'eau. Les systèmes de refroidissement réfrigéré utilisés dans l'industrie alimentaire servent à préserver la qualité et retarder la décomposition. Pour la récupération des composés volatils organiques, il s'agit de condenser et capturer les émissions de vapeur nocive ; et dans le secteur du gaz naturel liquide, l'objectif est de faciliter le stockage et le transport de ce gaz.

90 pour cent de la réfrigération industrielle aux États-Unis se fait à l'aide de systèmes mécaniques

Et plus de 90 pour cent de la réfrigération industrielle américaine est effectuée à l'aide de systèmes mécaniques avec l'ammoniac pour réfrigérant. Les unités de réfrigération mécanique sont des systèmes dédiés, installés dans des infrastructures industrielles individuelles, détenues et opérées par des sociétés industrielles. La réfrigération s'obtient lorsque le réfrigérant qui circule dans le système retire l'énergie calorifique de la chambre pour le refroidissement (charge). Cette énergie (chaleur latente de l'évaporation) est absorbée en tant que réfrigérant liquide et est convertie en état gazeux. Les systèmes se composent de quatre éléments de base liés par une conduite en boucle fermée qui assure la recirculation du réfrigérant. Généralement, les compresseurs utilisent des impulseurs rotatifs à moteur pour générer la pression gazeuse. Le réfrigérant gazeux entre dans le compresseur à une basse pression et température, et en ressort à une pression et température élevée. À l'intérieur des bobines du condensateur, le réfrigérant gazeux se condense pour devenir liquide. Pour faciliter cette transformation, le condensateur dissipe de l'énergie calorifique dans l'air ambiant ou l'eau. Le réfrigérant à haute pression sort à une température plus basse. Une vanne de détente contrôle le flux de liquide réfrigérant à haute pression vers l'évaporateur. En passant dans la vanne de détente, le réfrigérant est de nouveau refroidi par l'effet Joule-Thomson (principe scientifique selon lequel la température d'un gaz diminue lorsque ce gaz subit une expansion tout en devant passer dans une buse étroite). À l'intérieur de l'évaporateur, le réfrigérant liquide se transforme en gaz. Cette vaporisation requiert de la chaleur, qui est extraite de la charge de traitement industriel (produits alimentaires à refroidir). Le réfrigérant retourne, ensuite, au compresseur pour répéter ce cycle.

Échangeur de chaleur central à haute pression

Les échangeurs de chaleur sont des appareils qui transfèrent la chaleur d'un fluide chaud à un fluide froid. Ces deux fluides sont séparés l'un de l'autre par une paroi en métal, par exemple celle d'un tuyau ou d'une conduite. Dans de nombreuses applications d'ingénierie, il vaut mieux augmenter la température d'un fluide tout en en refroidissant un autre. Cette double action se fait à l'aide de bobines, évaporateurs, condensateurs et refroidisseurs qui peuvent tous être qualifiés d'échangeurs de chaleur. Les échangeurs de chaleur sont conçus en différents agencements de flux. Le modèle en tubes concentriques consiste en une conduite placée dans une autre. Le fluide froid circule dans le tuyau interne et le fluide chaud avance dans la même direction par le biais d'un espace en forme d'anneau entre le tuyau interne et le tuyau externe. Le transfert de chaleur se fait du fluide chaud vers le fluide froid par la paroi du tuyau interne (ce que l'on nomme la surface de chauffe). Les échangeurs de chaleur à tubes concentriques peuvent aussi fonctionner en flux inversé, auquel cas les deux fluides s'écoulent en parallèle dans des directions opposées. Le modèle coque et tube se sert d'un ensemble de tuyaux où circule l'un des fluides. Ces tuyaux sont contenus dans une coque avec des fournitures pour la circulation de l'autre fluide dans les espaces entre les tubes. Dans la plupart des modèles de ce type, le fluide libre s'écoule à la perpendiculaire vers les tubes qui contiennent un autre fluide (ce que l'on nomme un échange croisé de flux). Le modèle à lamelles utilise des feuilles de métal groupées dans des canaux internes pour transporter un courant de fluide plus chaud qui doit être refroidi. Des ailettes, brasées vers la surface externe de ces canaux, accélèrent et optimisent le transfert de chaleur vers le courant de fluide froid à l'extérieur de ces canaux.
 

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